Cell death regulation by mitochondrial chaperones in tumor cell models

Le cellule tumorali sono caratterizzate dalla capacità di evadere il normale signale apoptotico, così come mostrano una iper-attivazione costitutiva delle vie di signale kinasico. L’integrazione degli stimoli di sopravvivenza e morte si concentra nei mitocondri, dove molti di questi segnali convergono nella regolazione di un canale chiamato poro della transizione di permeabilità (PTP). L’apertura del PTP porta le cellule alla morte ed è regolata da una varietà di fattori e fra questi gli chaperoni giocano un ruolo fondamentale. Nel mio lavoro di tesi ho studiato come gli chaperoni mitochondriali si integrano nelle vie di trasduzione del segnale , modulando il PTP e più in generale la bioenergetica mitocondriale e come questi network regolatori controllano la vitalità cellualre. Nella prima parte del mio lavoro ho studiato una possibile connessione fra la via del segnale Ras/ERK, la cui attivazione costitutiva caratterizza molti tumori favorendo la loro crescita e sopravvivenza, e la ciclofilina D (CyP-D), uno chaperone mitocondriale che regola il PTP. Una frazione di ERK attivo è stato trovato nei mitocondri delle cellule RWPE-2, ottenute tramite trasformazione con v-ki-Ras a partire da cellule dell’epitelio prostatico RWPE-1; in cellule metastatiche di tumore prostatico DU145; e in cellule di osteosarcoma SAOS-2. Tutte queste cellule tumorali mostrano una marcata resistenza alla morte indotta da stimoli pro-apoptotici come l’acido arachidonico e il BH3 mimetico EM20-25, i quali inducono la morte cellulare attraverso il PTP mitocondriale. L’inibizione del PTP e la conseguente resistenza alla morte cellulare indotta da acido arachidonico o EM-20-25 può essere abolita dall’inibizione di ERK con il farmaco PD98059 o con un peptide selettivo inibitorio di ERK. L’inibizione di ERK aumenta la fosforilazione GSK-3 dipendente della CyP-D, mentre l’inibizione di GSK3 protegge dall’apertura del poro. Ne ERK attivo nei mitocondri, ne desensibilizzazione del poro è stata osservata in cellule non trasformate RWPE-1. In conclusione, nelle cellule tumorali l’attivazione dell’ERK mitocondriale desensibilizza il PTP attraverso un asse di segnale che coinvolge GSK3 e Cyp-D. Nella seconda parte del mio lavoro di tesi, ho studiato l’attività di un secondo chaperone mitocondriale, TRAP1/HSP75, fortemente espresso nelle cellule tumorali e che è stato proposto essere coinvolto nella regolazione del poro. Ho dimostrato che TRAP1 interagisce con la CyP-D ed ho caratterizzato la sua funzione di pro-sopravvivenza nei confronti di un vasto spettro di stimoli di morte, incluso lo stress ossidativo, la diamide, il TNFα, e la deplezione di glucosio. Inoltre ho trovato che il knocking-down dei livelli di espressione di TRAP1 attraverso la tecnica dell’RNA interference in cellule di osteosarcoma SAOS-2 facilita l’apertura del PTP, abbassando la soglia per portare le cellule alla morte. TRAP1 modula inoltre il metabolismo cellulare probabilmente la risposta allo stress ossidativo e l’attività della del complesso I della catena respiratoria, con il quale TRAP1 interagisce direttamente sia in cellule che campioni tumorali. La down- regolazione di TRAP1 abolisce il potere tumori genico delle cellule SAOS-2 sia in vitro che in vivo. Tutti insieme questi dati indicano che gli chaperoni mitocondriali come CyP-D e TRAP! Giocano un ruolo importante nella progressione tumorale e costituiscono un possibile target di nuove terapie antineoplastiche.